Dart markers linked with genes controlling restoration of male fertility in hybrid rye cultivars with improved pollen shedding

Abstract

In this study, we aimed to apply a high-throughput genotyping method to map genes important for the restoration of male fertility in a hybrid cultivar of rye containing the Pampa sterilizing cytoplasm. The diversity arrays technology (DArT) was used to analyse 48 individuals of the F2 population obtained by crossing the male-sterile S305P line with a plant randomly chosen in the Gonello F1 cultivar. In addition to DArT markers, a set of previously published PCR-based markers was also used for genotyping. In total, more than 3300 markers were used in this study. A mapping analysis allowed a construction of seven linkage groups containing 763 markers covering a total distance of approximately 520 cM. Eighty molecular markers were applied to identify genomic regions important for the male fertility restoration. Their distribution indicated the presence of a major and minor restorer genes on chromosomes 4RL and 1R, respectively. These results were consistent with previous reports on the genetic control of the male fertility in the CMS-Pampa. Moreover, new molecular markers located in chromosomal regions significantly associated with the restoration of male fertility were found as well, including PCR-based markers converted from the DArT markers.

Celem pracy było użycie wysokoprzepustowej technologii genotypowania do zlokalizowania genów odpowiedzialnych za przywracanie męskiej płodności w odmianie mieszańcowej żyta zawierającej sterylizującą cytoplazmę Pampa. Metodę Diversity Arrays Technology (DArT) zastosowano do analiz w obrębie 48 osobników populacji F2 otrzymanej w wyniku krzyżowania pomiędzy męskosterylną linią S305P a losowo wybraną rośliną odmiany Gonello F1. Analizy DArT były uzupełnione dostępnymi w literaturze markerami opartymi na metodzie PCR, związanymi z przywracaniem płodności w CMS-Pampa lub alternatywnymi źródłami CMS żyta. Ogółem do genotypowania użyto ponad 3300 markerów. Skonstruowana mapa genetyczna obejmowała siedem grup sprzężeń zawierających łącznie 763 markery i pokrywała obszar ok. 520 cM. Osiemdziesiąt markerów molekularnych wykazywało statystycznie istotny związek z przywracaniem płodności w badanej populacji. Ich rozmieszczenie wskazuje na dwa regiony genomu istotne dla przywracania płodności – chromosom 4RL z silnym genem restorerowym oraz 1R z genem o mniejszym efekcie fenotypowym. Lokalizacje te okazały się zgodne z wcześniejszymi danymi literaturowymi. Nowe markery molekularne z tych obszarów, istotnie związane z przywracaniem płodności, zostały zidentyfikowane. Między nimi znajdują się markery oparte na PCR, ale otrzymane w wyniku konwersji z markerów DArT.